TVS二極管原理是什么？TVS二極管PCB布局技巧分享
TVS二極管將是下述內(nèi)容的主要介紹對(duì)象，通過這篇文章，小編希望大家可以對(duì)TVS二極管的相關(guān)情況以及信息有所認(rèn)識(shí)和了解，詳細(xì)內(nèi)容如下。
一、TVS二極管原理
TVS（Transient Voltage Suppressor）二極管，又稱為瞬態(tài)抑制二極管，是普遍使用的一種新型高效電路保護(hù)器件，它具有極快的響應(yīng)時(shí)間（亞納秒級(jí)）和相當(dāng)高的浪涌吸收能力。當(dāng)它的兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，TVS能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變?yōu)榈妥杩?，以吸收一個(gè)瞬間大電流，把它的兩端電壓箝制在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上，從而保護(hù)后面的電路元件不受瞬態(tài)高壓尖峰脈沖的沖擊。
在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下，TVS二極管對(duì)受保護(hù)的線路呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)瞬間電壓超過其擊穿電壓時(shí)，TVS二極管就會(huì)提供一個(gè)低阻抗的路徑，并通過大電流方式使流向被保護(hù)元器件的瞬間電流分流到TVS二極管，同時(shí)將受保護(hù)元器件兩端的電壓限制在TVS的箝制電壓。當(dāng)過壓條件消失后，TVS二極管又恢復(fù)到高阻抗?fàn)顟B(tài)。與陶瓷電容相比，TVS二極管可以承受15 kV的電壓，但陶瓷電容對(duì)高壓的承受能力比較弱。5 kV的沖擊就會(huì)造成約10％陶瓷電容失效，而到10 kV時(shí)，其損壞率將高達(dá)到60％。
TVS二極管與常見的穩(wěn)壓二極管的工作原理相似，如果高于標(biāo)志上的擊穿電壓，TVS二極管就會(huì)導(dǎo)通，與穩(wěn)壓二極管相比，TVS二極管有更高的電流導(dǎo)通能力。TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，以10^-12S 量級(jí)速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，同時(shí)吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率。使兩極間的電壓箝位于一個(gè)安全值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件免受浪涌脈沖的破壞。
二、TVS 二極管的 PCB 布局技巧
除了選擇合適的 TVS 二極管外，保護(hù)的有效性還取決于 PCB 布局本身。下面這個(gè)示例中2個(gè)雙向TVS二極管并聯(lián)連接到下面的示意圖中保護(hù)的電路。示意圖顯示了TVS二極管與MAX3485 收發(fā)器的典型連接：
TVS 二極管連接的典型示意圖
在 PCB 布局中，應(yīng)遵循一些重要準(zhǔn)則以使 TVS 二極管正常工作。這些包括放置、接地以及在屏蔽層上使用任何無源元件，如電阻或電容。
1、TVS 二極管的放置
由于 ESD 可能發(fā)生在電子設(shè)備中暴露的導(dǎo)體附近，因此最好將 TVS 二極管放置在這些導(dǎo)體暴露于外部環(huán)境的區(qū)域附近。下面顯示了一個(gè)帶有 2 針連接器的簡(jiǎn)單布局示例。
將 TVS 二極管放置在有接收 ESD 脈沖危險(xiǎn)的裸露導(dǎo)體附近
PCB 走線具有一些 寄生電感，可能導(dǎo)致 TVS 二極管的鉗位電壓增加到其指定限值以上。TVS 二極管的走線也應(yīng)相對(duì)于收發(fā)器的走線較短，以最大限度地降低阻抗并確保消散浪涌中的過多能量。這將最大限度地減少通向 TVS 二極管的路徑中的寄生電感。
2、接地
如果可能，最好將 TVS 二極管連接到與受保護(hù)組件不同的接地網(wǎng)。這并不意味著應(yīng)該拆分地平面。相反，最安全的連接類型是將 TVS 二極管連接到機(jī)箱 接地中的金屬元件（如果可用），通常通過連接到機(jī)箱螺釘或安裝孔的跡線進(jìn)行連接。如果此連接不可用，則可以連接到內(nèi)部平面。但是，在存在強(qiáng) ESD 風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中，設(shè)備應(yīng)封裝在具有安全金屬底盤接地和接地連接的底盤中。
3、消除屏蔽無源
某些組件（如屏蔽連接器）將具有一些額外的金屬屏蔽層來保護(hù)裸露的導(dǎo)體。連接器上的屏蔽并不意味著機(jī)械或熱保護(hù)，它實(shí)際上是為了防止噪聲接收和防止 ESD。如果存在 ESD 危險(xiǎn)，則可以將屏蔽連接器與 TVS 二極管一起使用。TVS 二極管連接到信號(hào)線，連接器上的屏蔽層直接接地。
圖：數(shù)據(jù)線上兩個(gè) TVS 二極管的連接示例
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